PAGE9-第1課時鋁與鋁合金[學習目標]1.能從物質類別，元素化合價的角度，依據復分解反應規律和氧化還原反應原理，預料鋁及其化合物的性質及物質之間的轉化，設計試驗進行初步驗證，并能分析、說明有關試驗現象，設計制備、分別、檢驗等簡潔任務的方案。2.了解Al、Al2O3、Al(OH)3的主要性質和用途。一、鋁與鋁合金1．鋁的存在鋁在地殼中的含量僅次于eq\o(□,\s\up5(01))氧和eq\o(□,\s\up5(02))硅，居第三位。在自然界中鋁元素以eq\o(□,\s\up5(03))化合態存在。2．鋁的性質(1)物理性質：eq\o(□,\s\up5(04))銀白色固體，質eq\o(□,\s\up5(05))軟，密度eq\o(□,\s\up5(06))小，導電性僅次于金、eq\o(□,\s\up5(07))銀和eq\o(□,\s\up5(08))銅。(2)化學性質①鋁與非金屬的反應鋁與O2反應：鋁在氧氣中燃燒的化學方程式為eq\o(□,\s\up5(09))4Al＋3O2eq\o(=,\s\up17(點燃))2Al2O3。該反應的現象為：eq\o(□,\s\up5(10))發出刺眼的白光、放出大量的熱。②鋁與酸的反應與非氧化性酸：如鹽酸、稀硫酸等反應，離子方程式為eq\o(□,\s\up5(11))2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。與氧化性酸：如Al常溫下遇冷的濃硫酸、濃硝酸會發生eq\o(□,\s\up5(12))鈍化。③鋁與強堿溶液反應鋁與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為eq\o(□,\s\up5(13))2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，離子方程式：eq\o(□,\s\up5(14))2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑。④鋁熱反應Al在高溫下與Fe2O3反應的方程式為eq\o(□,\s\up5(15))2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋Al2O3。該反應常用于eq\o(□,\s\up5(16))焊接鋼軌、冶煉難熔的金屬等。3．鋁合金及其制品(1)形成：鋁中加入其他元素(如銅、鎂、硅、鋅、鋰等)熔合而形成鋁合金。(2)性能：密度eq\o(□,\s\up5(17))小、強度eq\o(□,\s\up5(18))高、塑性eq\o(□,\s\up5(19))好、易于成型、制造工藝簡潔、成本低廉等。二、鋁的重要化合物1．氫氧化鋁[Al(OH)3]——兩性氫氧化物(1)物理性質①色態：eq\o(□,\s\up5(01))白色膠狀固體物質。②溶解性：幾乎eq\o(□,\s\up5(02))不溶于水。(2)試驗室制備①試劑：常用Al2(SO4)3溶液(或AlCl3溶液)與eq\o(□,\s\up5(03))氨水反應制取氫氧化鋁。②現象：生成eq\o(□,\s\up5(04))白色沉淀，加過量氨水，沉淀不溶解。③化學方程式：eq\o(□,\s\up5(05))AlCl3＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4Cl。④離子方程式：eq\o(□,\s\up5(06))Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。(3)化學性質兩性氫氧化物：既能與eq\o(□,\s\up5(09))強酸反應，又能與eq\o(□,\s\up5(10))強堿反應的氫氧化物。(4)用途①能eq\o(□,\s\up5(11))凝合水中的懸浮物并能吸附色素，可用來凈水。②利用其eq\o(□,\s\up5(12))弱堿性，可用作胃酸中和劑。2．氧化鋁(Al2O3)——兩性氧化物(1)物理性質色態溶解性熔點硬度白色固體難溶很高很大(2)化學性質Al2O3是兩性氧化物，與強酸或強堿溶液都能反應生成鹽和水。兩性氧化物：既能與eq\o(□,\s\up5(15))強酸反應，又能與eq\o(□,\s\up5(16))強堿反應的氧化物。(3)用途①冶煉金屬鋁的原料。②良好的耐火材料。一、鋁與鋁合金[溝通研討]1．依據前面學習的Na、Mg、Fe等的性質預料一下鋁可能具有什么性質？提示：強的還原性，能與O2、Cl2、S、Br2、I2等非金屬單質反應，能與酸反應，能與某些金屬氧化物反應等。2．鋁是重要的金屬材料之一，這可能與它具有的哪些性質有關？提示：空氣中耐腐蝕、導電、導熱性能良好，易與其他金屬形成性能優良的合金。[點撥提升]1．鋁與非金屬單質的反應(1)常溫下，鋁易與空氣中的O2反應，生成Al2O3愛護膜，因此Al在空氣中具有抗腐蝕性。(2)鋁箔在空氣中加熱不燃燒，只能熔化成液體但不滴落。其緣由是鋁箔表面生成的高熔點的氧化鋁，包袱住內部熔化的鋁，使內部的液態鋁不能滴落；鋁粉在空氣中加熱會猛烈燃燒。(3)鋁與S、Cl2也能發生反應，反應的化學方程式分別為2Al＋3Seq\o(=,\s\up17(△))Al2S3和2Al＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(點燃))2AlCl3。在Al與O2、S、Cl2的反應中，鋁的化合價均由0變為＋3，均做還原劑。2．鋁熱反應[試驗操作]a．將兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀并套在一起，使四周都是四層。把內層“紙漏斗”取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再與另一“紙漏斗”套在一起，架在鐵架臺的鐵圈上，“紙漏斗”正下方放置盛有細沙的蒸發皿。b．把5g干燥的三氧化二鐵粉末和2g鋁粉混合勻稱，放在“紙漏斗”中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中插一根鎂條。c．用燃著的木條點燃鎂條，視察發生的現象。[試驗記錄][留意事項]a．接反應產物的蒸發皿內要鋪少量細沙，一是防止蒸發皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。b.鋁粉和三氧化二鐵要混合勻稱，以使反應完全。c.鋁粉和三氧化二鐵要干燥。3．合金(1)定義：由兩種或兩種以上金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的混合物。(2)特點①熔點：合金的熔點一般比它的成分金屬的熔點低。②硬度：合金的硬度一般大于其成分金屬的硬度。學問拓展1．鋁熱反應的理解(1)鋁熱反應：鋁與某些難熔金屬氧化物高溫條件下發生的置換反應稱為鋁熱反應。(2)鋁熱劑：鋁粉與難熔金屬氧化物的混合物稱為鋁熱劑。(3)鋁熱反應的原理：利用金屬鋁的強還原性，鋁單質與其他金屬氧化物之間發生置換反應，產生大量的熱。(4)鋁熱反應的應用：鋁與氧化鐵反應放出大量熱，該反應常用于焊接鋼軌等。(5)鋁還可以置換出V2O5、Cr3O4中的V和Cr，其反應方程式分別為10Al＋3V2O5eq\o(=,\s\up17(高溫))6V＋5Al2O3,8Al＋3Cr3O4eq\o(=,\s\up17(高溫))9Cr＋4Al2O3。2．鋁與強堿溶液反應的實質鋁與強堿溶液的反應，不是鋁干脆與強堿反應，而是鋁先與強堿溶液中的H2O反應生成Al(OH)3，Al(OH)3再與強堿反應生成四羥基合鋁酸鹽。如鋁與NaOH溶液反應的過程為2Al＋6H2O=2Al(OH)3＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH=Na[Al(OH)4]。因此在反應2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑中，氧化劑是H2O，還原劑是Al；NaOH的作用是把Al與水反應表面生成的Al(OH)3溶解掉，使Al接著與H2O反應，因此，無強堿該反應不能進行究竟。[練習與活動]1．合金是一類用途廣泛的金屬材料，下列物質中不屬于合金的是()A．鋼B．青銅C．黃銅D．水銀答案D解析鋼為Fe和C等的合金；青銅為Cu與Sn等的合金；黃銅為Cu與Zn等的合金；水銀為汞(Hg)單質。2．甲、乙兩燒杯中各盛有100mL3mol·L－1的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉，反應結束后測得生成的氣體體積比為1∶2，則加入的鋁粉質量為()A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g答案A解析由6HCl＋2Al=2AlCl3＋3H2↑和2NaOH＋2Al＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑可知，兩份等質量的Al都完全反應時，生成的H2也等量，消耗的HCl與NaOH不等量。事實上HCl、NaOH都為0.3mol，且生成H2的體積比為1∶2，則甲中HCl不足，Al過量；乙中NaOH過量，Al不足。生成H2的物質的量之比為1∶2，參與反應的Al的物質的量之比也為1∶2。與0.3molHCl反應的Al為2.7g，與NaOH溶液反應的Al為5.4g。3．探討發覺用鋁熱法可從下列氧化物中冶煉出有關金屬，若要得到等物質的量的有關金屬單質，需消耗單質鋁最多的是()A．MnO2B．V2O5C．Cr2O3D．WO3答案D解析依據氧化還原反應中化合價上升的總價數等于化合價降低的總價數可知：化合價降低最多的消耗的鋁最多，MnO2(＋4－0)，V2O5(＋5－0)，Cr2O3(＋3－0)，WO3(＋6－0)，WO3消耗鋁最多。方法技巧金屬鋁與酸、堿反應生成H2的量的關系(1)反應原理反應原理eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑,2Al＋2OH－＋6H2O=2[AlOH4]－,＋3H2↑))(2)量的關系定量關系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al～6H＋～3H2,2Al～2OH－～3H2))①等量的Al分別與足量的鹽酸和NaOH溶液反應產生H2的量相等，此時消耗HCl與NaOH的物質的量之比為3∶1。②足量的鋁與等物質的量的HCl和NaOH溶液反應，產生H2的物質的量之比為1∶3，此時消耗Al的物質的量之比也為1∶3。③肯定量的Al分別和肯定量的鹽酸和NaOH溶液反應，若eq\f(1,3)<eq\f(nHClH2,nNaOHH2)<1，則必定：a.鋁與鹽酸反應時，鋁過量，而鹽酸不足；b.鋁與氫氧化鈉溶液反應時，鋁不足而氫氧化鈉過量。二、鋁的重要化合物[溝通研討]鋁表面有一層氧化物愛護膜，因此可以用鋁制器皿盛放醋、酸梅湯和Na2CO3溶液，你認為這種方式可以嗎？提示：不行以，因為表面的Al2O3能與酸或堿反應而溶解掉，使Al與溶液中的酸或堿反應而被腐蝕。Na2CO3能與H2O反應生成少量的NaOH。[點撥提升]1．Al2O3、Al(OH)3既能與強酸反應，又能與強堿反應，而NaHCO3、(NH4)2CO3等也既能與強酸反應，又能與強堿反應，但不是兩性物質。2．Al2O3的性質及應用(1)因為Al2O3既能溶于酸，又能溶于堿，所以不能長時間用鋁制炊具盛放酸性、堿性食品。(2)涉及Al2O3的分別除雜大多是利用Al2O3的兩性來實現的，如Fe2O3中混有Al2O3，除去Al2O3的方法就是向混合物中加入足量NaOH溶液，使Al2O3轉化為可溶性的Na[Al(OH)4]，然后過濾、洗滌、干燥沉淀，即得到純凈的Fe2O3。(3)工業上常采納電解熔融Al2O3的方法冶煉金屬鋁。(4)由于Al2O3的熔點很高，常用來制耐火材料，如耐火磚、耐火管、坩堝等。自然剛玉的成分是Al2O3，可制作各種寶石。3．Al(OH)3的性質與制備(1)Al(OH)3的不穩定性Al(OH)3在煅燒或加熱時易分解：2Al(OH)3eq\o(=,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O。(2)Al(OH)3的制備由于Al(OH)3能溶于NaOH溶液中，若用NaOH溶液制備Al(OH)3，加入NaOH溶液的量不易限制；若加入太多，則得不到Al(OH)3沉淀；若加入太少，溶液中生成Al(OH)3的量也很少。Al(OH)3不溶于氨水，反應易限制，故用氨水制備Al(OH)3更好。學問拓展有關Al(OH)3沉淀的圖像分析[練習與活動]4．在①Al2O3②Al(OH)3③Na2CO3④NH4HCO34種物質中，與鹽酸和氫氧化鈉溶液均可反應的是()A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④答案B解析Al2O3、Al(OH)3為兩性化合物，均可與鹽酸、NaOH溶液反應；Na2CO3能與鹽酸反應，但不能與NaOH溶液反應；NH4HCO3與鹽酸反應的化學方程式為NH4HCO3＋HCl=NH4Cl＋H2O＋CO2↑，與足量NaOH溶液反應的化學方程式為NH4HCO3＋2NaOH=Na2CO3＋NH3·H2O＋H2O。5．向20mLAlCl3溶液中滴入2mol·L－1NaOH溶液時，沉淀質量與所滴加NaOH溶液體積(mL)關系如圖所示：(1)圖中A點表示的意義是_______________________________________。(2)圖中B點表示的意義是__________________________________。(3)上述兩步用總的離子方程式可表示為____________________。(4)假設溶液中有0.39gAl(OH)3沉淀，則此時用去NaOH溶液的體積為________。答案(1)滴入NaOH溶液在A點時產生的沉淀量最大(2)滴入NaOH溶液沉淀恰好完全溶解(3)Al3＋＋4OH－=[Al(OH)4]－(4)7.5mL或17.5mL解析A點表示沉淀量最大，B點表示沉淀完全溶解，有0.39gAl(OH)3沉淀，即0.005molAl(OH)3沉淀時，加入NaOH的量有兩種可能：一種可能：加入NaOH的量不足時，生成0.005molAl(OH)3，須要0.015molNaOH，即7.5mLNaOH溶液。另一種可能：加入過量的NaOH，首先使Al3＋全部生